Następny SE-6S33S - pierwsze starcie

[ATM]

Nie posiadam jak dotąd w swoim menu konstruktorskim wzmacniacza w konfiguracji SE opartym o lampę 6C33C . Na naszym forum, jest kilka opisów takich konstrukcji, więc i ja postanowiłem spróbować swoich sił w tej dziedzinie. Tym bardziej, iż lampy od dłuższego czasu, bezczynnie leżą w szufladzie. Pewnym czynnikiem mobilizującym, były także audiofilskie opisy, dotyczące „przecudownego” dźwięku, jaki ta konfiguracja układowa może zapewnić, postanowiłem samemu to sprawdzić. Oczywiście zdaję sobie sprawę, z faktycznych wad jakimi obarczony jest układ SE, że o wiele korzystniej było by pomyśleć nad układem przeciwsobnym. Jednak przewidywane kłopoty związane z parowaniem lamp, olbrzymią energochłonnością takiego układu, zbudowanego na lampach 6C33C, posiadanym już transformatorem sieciowym, w efekcie zaowocowały decyzją o budowie układu w konfiguracji SE .

Jak wiemy, najważniejszym i najdroższym elementem wzmacniacza lampowego, jest transformator wyjściowy. Właśnie od próby rozwiązania tego problemy, zacząłem swoja pracę. Punkt wyjściowy , zdobycie rdzenia. Udało mi się pozyskać, ze złomu elektronicznego, wielki transformator zasilający od dawnej drukarki wierszowej. Rdzeń typu RZC, składający się z czterech elementów „C”, o łącznym przekroju kolumny środkowej 20 cm2.Biorąc pod uwagę, iż chciałem z tego wykonać dwa transformatory, przekrój niezbyt duży. Z braku innych rozwiązań, postanowiłem jednak, złożyć wymienione transformatory, każdy złożony z dwóch elementów „C” . Uzwojenia, podzielone na połowy, nawinięte będą na osobnych karkasach i umieszczone na obu kolumnach rdzenia. Rdzeń jest dość długi, średnia długość drogi magnetycznej, to ok.39,5 cm, dzięki czemu uzwojenie nie będą miały zbyt wielkiej grubości a w związku z tym, można spodziewać się uzyskania niskiej wartości indukcyjności rozproszenia. Prąd magnesowania wstępnego, przyjąłem na poziomie 250mA. Ze względu na niską oporność wewnętrzną lampy, wymagana indukcyjność główna, dla założonej dolnej częstotliwości granicznej 20Hz, nie musi mieć zbyt wielkiej wartości, ok.1,5H powinno wystarczyć. Największym problemem, przy braku danych dotyczących parametrów magnetycznych materiału rdzenia, jest wyliczenie właściwej wielkości szczeliny magnetycznej. Trzeba wziąć pod uwagę fakt, iż nie będzie możliwości precyzyjnego doboru jej długości i skompensowania indukcji wynikającej z istnienia prądu magnesującego. Może ktoś zna taki sposób? 10cm2 przekroju, przy wstępnym magnesowaniu to trochę za mało i indukcja w rdzeniu może osiągać zbyt duże wartości, co z kolei, będzie przyczyną zwiększonych zniekształceń wzmacniacza. Mimo tego, postanowiłem nawinąć transformator, licząc się z tym, że w przypadku uzyskania zbyt dużych zniekształceń, zastosuję głębsze ujemne sprzężenie zwrotne. Oczywiście mam pełną świadomość o niewłaściwości takiego postępowania
Przy liczeniu transformatora, korzystałem z kombinowanej metody, opartej o znaną książkę Cykina, materiały opublikowane na stronie Fonaru –„Radioelektronik i Krótkofalowiec” 1952, oraz na stronie Toma .

Transformator został wykonany i oto jego parametry-
Uzwojenie pierwotne- 1800 zwoi, R= 28 Om, L1-10,4 H ( rdzeń bez szczeliny),
indukcyjność rozproszenia Lr= 3mH ( zwarte wtórne)
L1( pomiar ze szczeliną)= 0,5-1,93H , zależnie od wielkości szczeliny.
Uzwojenie wtórne - 252 zwoje , R= 0,6 Oma
Ustawiona szczelina magnetyczna – 0.6 mm

C.D.N

[ATM]

Następnym, równie istotnym krokiem, był wybór układu sterującego lampę 6C33C. Wiadomo, że posiada ona dość spore pojemności wejściowe i wymaga dużej amplitudy sygnału sterującego, rzędu ( jak nadmiarowo założyłem) 150V pp. Postanowiłem sprawdzić w tej roli układ SRPP, często nazywanym wtórnikiem typu „Mi”( nie mam greckiej litery Mi). Gwarantuje on wysokie wzmocnienie, dobre pasmo przenoszenia i niską oporność wyjściową stopnia. W oparciu o lampę 6N1P-EB zbudowałem taki oto układ sterujący-

Teoretycznie nie ma on sobie równych, Pasmo przenoszenia (zmierzone) min 170KHz, doskonała stromość zboczy dla przebiegu prostokątnego, niska rezystancja wyjściowa, na poziomie 200Om, wzmocnienie stopnia 31dB. Oczywiście ze względu na szeregowe połączenie lamp, należy go zasilać wyższym napięciem, a włókna żarzenia spolaryzować jakimś napięciem. Ja podałam na grzejnik +50 V. Układ obciążony jest obwodem symulującym wejście lampy 6S33S.

------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kilka przykładowych przebiegów, uzyskanych przy pomiarach drivera w konfiguracji SRPP, oraz dla porównania w typowej konfiguracji WK, na tej samej lampie(6N1P-EB)
Dla prostokąta – amplituda = 100V pp , częstotliwość = 25KHz w obu przypadkach

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Jak widać układ SRPP – prawie idealna stromość zboczy, jedynie opadające, lekko pochyłe.
Dla układu wspólnej katody –wyraźne zaokrąglenia, mówiące o znacznie niższej częstotliwości granicznej, w porównaniu z poprzednim układem.

Czas na testy całości, ale to, dopiero w następnym odcinku

[ATM]

Połączyłem stopień sterujący z końcówką mocy (6S33S) i wykonałem serię pomiarów.
„Diabeł” pracuje w typowym układzie, ze stałym napięciem polaryzującym siatkę. Prąd anodowy Ia=0,25A

Uwagi-
-Stosowany do pomiaru generator, przy częstotliwości 20Hz, ma zniekształcenia h=0,7%, co zawyża wartość pomiaru dla tej częstotliwości.
-Poziom zniekształceń mierzony miernikiem PMZ 11, bez odcięcia brumów i przydźwieków.
-Poziom sygnału mierzony woltomierzem V541.
-Dół pasma, jest w rzeczywistości niższy od 20 Hz, sięga spokojnie15KHz jednak ze względu na wysoki poziom zniekształceń nie wykonywałem pomiarów poniżej tej granicy .
-Pasmo – spadek 3dB, względem 1000Hz.
-Impedancja wyjściowa wzmacniacza, uzyskana w tym układzie, wynosi 3,91 Oma, co daje -współczynnik tłumienia WT = 2 .
-Wzmocnienie całości (1KHz) 17,5dB

POMIAR ZNIEKSZTAŁCEŃ TRANSFORMATORA
----------------------------------------------------------
P(W)----pasmo -------------- h% 20Hz ---------h%1KHz-----h% 10KHz ------- h% 20KHz---------h%40KHz
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
14------ 20Hz-85KHz ------------ 11 ------------ 9,6 -----------9------------------ 9,2 -------------9,8
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
10------ 20Hz-85KHz---------------- 9 ----------- 8 ------------ 7,6 --------------- 7,4 --------------6,5
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5 ------- 20Hz- 85KHz ---------------6,4 ---------- 6-------------- 5,6 ---------------5,4 --------------4,6
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2 --------20Hz-85KHz -----------------4------------ 3,9------------ 3,6----------------3,4 ----------------3

Jak wynika z powyższej tabeli, pasmo przenoszenia wzmacniacza jest bardzo przyzwoite. Natomiast zniekształcenia harmoniczne, stanowczo zbyt wysokie.
No i mamy problem. Co jest przyczyną tak wysokich zniekształceń? Kiedyś kolega Romek publikował na forum wyniki pomiarów transformatorów wykonanych przez P. Ogonowski i zakłady ZATRA - viewtopic.php?f=7&t=793&hilit=6s33s
Co prawda, nie była podana częstotliwość pomiaru, zakładam że pomiar dotyczył średnich częstotliwości, jednak miały one zdecydowanie niższy poziom niż w moim układzie .
Moc wyjściowa wzmacniacza, tylko 14 W, wynika z niedoboru napięcia anodowego,
Taki mam po prostu transformator. Myślę że docelowo uda się je trochę podnieść i spokojnie uzyskać 20W. Chwilowo należy zająć się zniekształceniami i próbować je zmniejszyć .
Pierwszym punktem który nasuwa się na myśl jest szczelina magnetyczna. Właśnie ona, może być źródłem problemu.
C.D.N.
PS
Miałem problemy z wysłaniem tabeli, forum nie przyjmuje tej formy, jakoś sobie poradziłem

[Piotr]

Widzę, że podchodzisz do sprawy bardzo dokładnie i elegancko.

Jeżeli właściwie dobrałeś punkty pracy, to wszystko wkazuje na transformator jako źródło zniekształceń. Na oko nie zgadza mi się jednak ich przebieg w funkcji częstotliwości. Gdyby transformator był po prostu za mały, zniekształcenia powinne przede wszystkim ujawniać się w dole pasma. Jeżeli są w miarę równomierne, to możliwe, że transformator pracuje blisko nasycenia.

[ATM]

Piotr, dziękuję za pozytywną ocenę mojego sposobu działania

Podobnie jak i Ty, myślę o przyczynie zniekształceń, może jeszcze nie nasycenie, ponieważ widziałbym to na oscyloskopie, ale zbyt wysoka indukcja w rdzeniu. Zacząłem zastanawiać się jak sprawdzić, czy szczelina ma właściwą długość. Na swój użytek wymyśliłem taki oto sposób. Ustawiam sygnał wyjściowy ze wzmacniacza, na poziomie 8-10W, częstotliwość pobudzania 20Hz, i mierzę zniekształcenia na wyjściu. Po każdym pomiarze, zmieniam prąd lampy, znowu ustawiam ten sam poziom wyjściowy i znowu mierzę zniekształcenia. Pomiary zniekształceń wykonuję dla prądów magnesowania w zakresie 200 – 270 mA, i dla różnych szczelin. Zdaję sobie sprawę, iż na poziom zniekształceń wyjściowych, wpływają przy zastosowaniu tej metody dwa czynniki, zmiana punktu pracy lampy, oraz wielkość szczeliny. Jednak wykonując serię pomiarów dla różnych prądów i różnych długości szczelin, można zorientować się, która z długości zastosowanych szczelin jest optymalna. Tak też zrobiłem, jednak mimo optymalizacji szczeliny, zniekształcenia zmieniły się minimalnie. Wniosek – to nie szczelina jest głównym źródłem zniekształceń harmonicznych wzmacniacza. Więc co? Założyłem więc, że rdzeń ma zbyt wysoko ustawioną indukcję mimo zastosowania szczeliny.
By potwierdzić, lub wykluczyć tą hipotezę, zrobiłem następującą próbę. Rozebrałem transformator i złożyłem go ponownie, lecz na rdzeniu złożonym z czterech części „C” .
Karkasy umieszczone na zewnętrznych kolumnach, a środkowa, teraz podwójna, ma przekrój 20 cm2 –dwa razy więcej, niż poprzednio. Nie może być mowy o nasycaniu, czy zbyt wielkiej indukcji.
Niestety, jak wykazały pomiary, zniekształcenia wyjściowe, prawie na tym samym poziomie.
Odetchnąłem więc z ulgą. Całe szczęście że nie „żelazo” jest przyczyną. Pozostaje dokładnie przeanalizować elektronikę.
C.D.N.

[Pyra]

hmmm nie wiem czy dobrze zrozumiałem Twój opis trafa, ale zauważ, że uzwojenia nadal są na kolumnach 10cm2. Nie wiem czy równoległe połączenie uzwojeń, będzie w takim wypadku adekwatne do nawinięcia uzwojeń na środkowej 20cm2 kolumnie. Może będziesz musiał się pokusić o nawinięcie nowej cewki????

Pozdrawiam

[ATM]

Jeśli mamy rdzeń transformatora RZC, zbudowany z czterech elementów „C”, środkowa kolumna, składa się z dwóch kolumn, rdzeni leżących obok siebie i jej całkowity przekrój to 20 cm2. I na niej właśnie nawinięte jest główne uzwojenie. Oczywiście podzielone na sekcje i połączone szeregowo.
To dla jakiego przekroju liczysz moc tego transformatora? Dla kolumny głównej( 20cm2),
czy dla kolumn bocznych ( po 10cm2), na których w tym przypadku akurat nie ma uzwojeń?
Na pewno dla głównej, chyba się ze mną zgodzisz?

Analogiczna sytuacja występuje w innej odmianie tego samego transformatora, mianowicie kiedy to samo uzwojenie główne, dotychczas umieszczone na kolumnie środkowej, podzielimy na dwie części, połączymy je szeregowo i umieścimy na kolumnach zewnętrznych. Dalej jest to taki sam transformator o przekroju rdzenia 20 cm2, tylko z rozdzielonym uzwojeniem i umieszczonym na osobnych kolumnach. Pomijam tu inne czynniki, jak większe rozproszenie pola, itp.

[Romekd]

Witam.

Kiedyś kolega Romek publikował na forum wyniki pomiarów transformatorów wykonanych przez P. Ogonowski i zakłady ZATRA - viewtopic.php?f=7&t=793&hilit=6s33s
Co prawda, nie była podana częstotliwość pomiaru, zakładam że pomiar dotyczył średnich częstotliwości, jednak miały one zdecydowanie niższy poziom niż w moim układzie .

Pomiary wykonałem prawie cztery lata temu, używając do tego celu miernika zniekształceń V-1064/A. Częstotliwość sygnału podawanego na siatkę lampy wynosiła 333Hz. Jak dla mnie poziom drugiej harmonicznej na wyjściu transformatora był dość wysoki, natomiast trzeciej stosunkowo niski, dzięki czemu dźwięk wzmacniacza SE z lampą 6C33C brzmiał bardzo przyjemnie, pomimo charakterystycznego podbarwienia drugą harmoniczną (dobrze tolerowaną przez nasz słuch).
Podczas wykonywania pomiarów sygnał sterujący (o bardzo małym poziomie zniekształceń nieliniowych) podawałem przez kondensator 1uF wprost z generatora na siatkę lampy 6S33S, natomiast Kolega podaje sygnał otrzymywany ze stopnia sterującego, który przy tak dużych amplitudach sam może generować spore zniekształcenia nieliniowe. Czy dokonał Kolega pomiaru tych zniekształceń?

Pozdrawiam,
Romek

[ATM]

Romekd - dziękuję za dokładną informację o pomiarach transformatorów. Myślę, że Twoja podpowiedź dotycząca ewentualnego źródła zniekształceń, to właściwa droga dalszych poszukiwań. Mierzyłem zniekształcenia stopnia sterującego, nie pamiętam w tej chwili ile one wynosiły, lecz ich wielkość nie zaniepokoiła mnie. Jednak biorąc pod uwagę, że są one powielane w następnym stopniu, może to był mój błąd.
---------------------------------
Zacząłem zastanawiać się nad układem sterującym SRPP. By uzyskać z niego napięcie wyjściowe odpowiednie do całkowitego wysterowania następnego stopnia ( 6S33S), musimy uzyskać minimum 120V pp. To oznacza, że na wejście drivera trzeba dostarczyć sygnał ok. 6Vpp, czyli po 3V w każdą stronę, licząc od napięcia polaryzacji siatki. Inaczej mówiąc, siatka wejściowa SRPP, musi być na potencjale min.3V. Proszę więc spojrzeć na charakterystykę wejściową lampy 6N1P. Małym czarnym prostokątem oznaczyłem jej punkt pracy, ustawiony dla polaryzacji tylko Us= - 2V oraz Ua=150V Ia=10mA. Po wysterowaniu, punkt ten będzie poruszał się od –4V do 0V, a to przecież jeszcze nie całkowite wysterowanie ( całkowite dla 20W to +- 3V) Dolna połówka sinusoidy pracuje dokładnie na kolanie charakterystyki co musi owocować dużą zawartością harmonicznych w sygnale wyjściowym.
Należało by podnieść punkt pracy o 1,5 kratki wyżej, Ua=180V, Ia=16mA Us= - 2V.W tej sytuacji, pracujemy na liniowej części charakterystyki, lecz dla górnej połówki sinusoidy, w impulsie, przekraczany jest max. Ia dla tej lampy. Będzie 28mA, podczas kiedy lampa dopuszcza max. 25mA prądu. Sytuacja będzie wyglądać jeszcze gorzej, gdy ustawimy wymaganą polaryzację Us= -3V( szczytowa amplituda + -3V). By dostać się na liniową część charakterystyki, znowu zmuszeni jesteśmy podnieść napięcie anodowe do min.210V, lub wyżej, co w efekcie doprowadzi do przekroczenia mocy admisyjnej lampy ( w impulsie).
----------------------------------------------------------
Wniosek - układ sterujący,skonstruowany jest niewłaściwie i prawdopodobnie, na tej lampie (6N1P) ideału nie da się osiągnąć. Można jedynie trochę poprawić parametry. Należy zmienić typ lampy. Tyle teoretycznych przemyśleń, czas wziąć lutownicę w dłoń i sprawdzić czy to właściwe rozumowanie.

C.D.N.

[OTLamp]

Moim zdaniem sama koncepcja stopnia sterującego jest mocno nieoptymalna. Potrzebna jest duża amplituda sygnału wyjściowego, przy możliwie najmniejszych zniekształceniach, dlatego cenny jest każdy wolt napięcia zasilania. Samo użycie 6Н1П jest niezbyt dobrym pomysłem, gdyż, chcąc mieć niskie zniekształcenia nieliniowe, będziesz potrzebował bardzo wysokiego napięcie zasilania, większego od 370V. Znacznie lepsza będzie 6Н6П. Nie kombinowałbym też z topologią, myślę, że nawet w zwykłym stopniu oporowym dałaby radę, można ewentualnie drugą triodę wykorzystać na wtórnik lub aktywne obciążenie. Można też popróbować z dwiema 6Ж52П - RomekD ostatnio wspominał, że osiągnął bardzo dobre rezultaty.

[ATM]

OTL - Pewnie masz rację, doświadczony konstruktor zna typy lamp i ich charakterystyki na pamięć, z góry potrafi określić jaki będzie efekt zastosowania w danej konfiguracji.
Ja niestety do doświadczonych nie zaliczam swojej skromnej osoby , a mam taką przedziwną naturę, że lubię samemu wszystko sprawdzić. Przeglądając rozwiązania mojego tematu w sieci, nie spotkałem się z podobnym układem, zadawałem sobie pytanie dlaczego nie? Teraz już wiem

Też myślałem o lampie 6N6P, sprawdzę ją i opiszę.
PS
Dzięki za cenne uwagi, wdzięczny będę wszystkim za korygowanie moich przemysleń.

[Piotr]

Jeszcze jedna rzecz mi przyszła do głowy a propos zniekształceń.
Wspominałeś, że mierzysz wprost THD+N. Czy patrzyłeś na poziom przydźwięku? Może fałszuje on ostateczny wynk pomiaru?

A 6N6P rzeczywiście dobrze się nadaje na lampę sterującą. Przy oszczędzaniu Ua również ECC88 nieźle się sprawuje.

[ATM]

Piotr - dzięki za podpowiedzi, zmierzę poziom tętnień, ale wydają mi się małe. Może jednak się mylę?

Na razie, na szybko sklejam układ jak w załączniku, jutro go pomierzę i dam znać co wyszło.

[OTLamp]

Rk wydaje mi się za duży. Dałbym 330omów. Powinno być wtedy na nim około 5.3V. Maksymalna amplituda sygnału wyjściowego może być jednak niewystarczająca - coś koło 60V. Przy zwiększaniu samej wartości Rk, będą rosły zniekształcenia.

[Romekd]

Witam.

Można też popróbować z dwiema 6Ж52П - RomekD ostatnio wspominał, że osiągnął bardzo dobre rezultaty.

Bardzo dobre wyniki otrzymałem jedynie przy zasilaniu lampy 6Ż52P ze źródła prądowego (tranzystorowego, więc nie każdemu takie rozwiązanie będzie odpowiadało). Okazało się, że lampa ta pracując w konfiguracji triodowej ma niską oporność wewnętrzną (poniżej 2 k) i wzmocnienie ok 80. Przy napięciu wyjściowym 80 V (225 Vpp) całkowite zniekształcenia nieliniowe były mniejsze od 0,5%.

Wzmocnienie napięciowe triody 6N6P jest mniejsze od 20, co oznacza, że należałoby ją poprzedzić dodatkowy stopniem wzmocnienia. Ponadto przy Uz=300 V, Ra=10,6 k, napięciu Us=-6 V i większych amplitudach sygnału wyjściowego będzie wprowadzała duże zniekształcenia (odcinki prostej obciążenia po lewej i prawej stronie od punktu pracy mają zdecydowanie różne długości).

Pozdrawiam,
Romek